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基于区块链的去中心化联邦学习模型及其安全机制研究

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基于区块链的去中心化联邦学习模型及其安全机制研究

作者：徐华杰浙江科技大学

学位级别：硕士

在数据孤岛现象与数据融合需求的矛盾逐渐凸显的背景下,联邦学习因能够有效地打破数据屏障,逐渐成为分布式机器学习的新范式。然而,尽管联邦学习及相关的去中心化方案为合作共享带来了前所未有的机遇,但推理攻击和投毒攻击等安全威胁也... 详细信息

在数据孤岛现象与数据融合需求的矛盾逐渐凸显的背景下,联邦学习因能够有效地打破数据屏障,逐渐成为分布式机器学习的新范式。然而,尽管联邦学习及相关的去中心化方案为合作共享带来了前所未有的机遇,但推理攻击和投毒攻击等安全威胁也伴随而来。目前,针对去中心化联邦学习的安全防护已经取得了一些研究成果。现有方案大多是将区块链作为安全架构的基础设施,实现参与方身份验证与授权,将本地更新和全局模型存储于区块链免遭篡改,并利用共识机制保证数据一致性。然而,区块链的引入并未完全解决上述安全威胁,也衍生出共识过程攻击和节点搭便车攻击等一系列安全问题,仍不能完全兼顾全局模型与参与方本地数据的安全。鉴此,本研究提出一种基于区块链的安全去中心化联邦学习模型,主要研究内容如下:(1)针对不可信服务器、推理攻击和共谋攻击等安全威胁,提出了一种基于区块链的安全去中心化联邦学习模型SBCFL,保证本地数据和全局模型的安全。首先,设计了一个融合区块链技术的联邦学习模型,明确各参与方角色与职责,规范联邦训练过程,为后续安全机制的建立奠定基础。其次,设计了一个多通道隔离的存储机制,限制数据流动范围,避免无关节点的干扰和窃取行为,保证中间训练数据的存储安全。最后,设计了一个噪声添加机制,防止恶意节点使用噪声伪造诚实更新,保证梯度参数传递过程安全和全局模型安全。(2)针对共识攻击和投毒攻击等安全威胁,提出了一种基于传统拜占庭容错优化的安全共识算法SPBFT,保证全局模型和共识过程的安全。首先,设计了一种共识节点与主节点的选取策略,降低恶意节点成为主节点甚至共识节点的概率,提高共识过程安全,减少视图切换,提高通信效率。其次,设计了一种本地更新验证和筛选策略,融入共识过程中,约束训练节点的自利性行为,在一定程度上抵御了投毒攻击,保证全局模型的安全性和质量。最后,基于改进后的拜占庭容错共识算法,重新设计训练通道中本地更新和全局更新的共识流程。(3)针对上述提出的方案,本研究搭建了基于区块链的联邦学习环境,使用CIFAR-10数据集进行了实验验证。实验结果表明,SBCFL模型在隐私保护的前提下,牺牲了全局模型准确率约2.26%,但比其他方案性能表现更优。SPBFT共识算法相比于实用拜占庭容错共识算法在吞吐量、共识时延、通信次数和容错性指标上表现更优。此外,在使用恶意数据集注入和标签翻转两种数据毒害攻击下,融入SPBFT共识算法的SBCFL方案的防护效果明显,比传统方案收敛更快且更稳定。

关键词：联邦学习区块链安全防护差分隐私共识算法

基于云边协同计算的智能装配生产线MES系统研究

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基于云边协同计算的智能装配生产线MES系统研究

作者：许华杰天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

随着工业4.0、“互联网+”制造等理念逐渐进入大众视野,智能制造成为各企业研究的热点,传统制造业智能化、数字化改革迫在眉睫。在这种大环境下,装配生产线智能化程度提高,通过各类智能设备,实现生产线的数字化、自动化和高效化。但是,... 详细信息

随着工业4.0、“互联网+”制造等理念逐渐进入大众视野,智能制造成为各企业研究的热点,传统制造业智能化、数字化改革迫在眉睫。在这种大环境下,装配生产线智能化程度提高,通过各类智能设备,实现生产线的数字化、自动化和高效化。但是,海量异构的智能设备在生产过程中会出现多个计算密集型和时延敏感型任务,而终端设备或单一服务器计算资源与计算能力有限,难以满足任务执行需求,同时海量多样的数据导致数据采集、存储与处理难度大,单服务器部署的MES系统难以处理,形成“数据孤岛”,无法实现对生产过程的有效监控。本文针对当前问题,将边缘计算与云计算相结合,对生产线数据采集与处理方式进行规范与改进,使用云边协同的方式提出了计算卸载与资源优化策略,最后设计出高适配性智能装配生产线MES系统,研究内容如下:(1)针对智能生产线应用场景,对智能装配生产线系统业务流程、功能性需求和非功能性需求进行分析,根据高计算性能、低网络延迟、多设备通信、实时性等方面的需求构建终端设备、边缘计算服务器和云服务器的三层云边协同架构。(2)分析生产现场数据采集需求,根据不同设备数据通信协议支持情况,建立基于现场总线和OPC UA架构的数据采集与通信方式,针对海量数据导致冗余情况,提出一种基于改进旋转门算法的自适应采集频率方式,根据数据点数据的变化情况实时调整采集频率,保证实时性数据的真实性,避免数据冗余或者关键数据缺失的情况,并将采集到的数据使用改进孤立森林算法进行预处理,删除异常数据;最后对云边通信机制进行制定,并通过双混沌映射的方式建立数据加密机制,保证云边数据交互的安全性。(3)建立设备能耗与通信模型以及云边各层计算模型定义,提出一种基于改进博弈论算法的计算卸载方法,将终端设备作为博弈游戏的参与者,任务所需时间与产生能耗作为代价,根据需求设置不同的代价权重,以求达到纳什均衡状态,动态更新卸载策略,找到所有任务最佳卸载位置;然后对第一次卸载失败的任务或卸载过程中发现某些任务的计算量过大,超出了原先预计范围,导致任务执行时间较长的情况,提出一种基于深度强化学习的二次卸载策略,通过深度强化学习算法挖掘任务卸载场景特征并训练智能体,利用挖掘出的特征对需要卸载的任务做出最佳卸载策略,满足时延敏感型任务需求。(4)设计并开发了智能装配生产线MES系统,系统包括物料管理、订单管理、生产管理、数据管理和生产监控等模块,使用My SQL和Redis数据库进行数据应用与管理,并通过微服务的方式部署到云端和边缘端。通过与计算卸载模块和数据采集与处理模块的协同,加强了MES系统对生产过程的有效控制与实时监控,为生产提供数据支持和保障。

关键词：云边协同计算卸载数据采集 MES系统

华北克拉通东部早白垩世火山岩:再循环物质差异性改造的记录

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地球科学 2024年第2期49卷 669-684页

作者：汪浪汤华云汪翔宗克清郭京梁程怀汪在聪中国地质大学地球科学学院地质过程与矿产资源国家重点实验室湖北武汉430074 广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所海南三亚572025

华北克拉通东部在130~120 Ma早白垩世期间经历强烈改造,并伴随大规模岩浆活动.对比研究了这一时期山东鲁西地区、郯庐断裂带和胶东半岛玄武安山岩-安山岩等幔源岩石的地球化学特征和Sr-Nd同位素组成,探讨了各地区火山岩源区性质以及造... 详细信息

华北克拉通东部在130~120 Ma早白垩世期间经历强烈改造,并伴随大规模岩浆活动.对比研究了这一时期山东鲁西地区、郯庐断裂带和胶东半岛玄武安山岩-安山岩等幔源岩石的地球化学特征和Sr-Nd同位素组成,探讨了各地区火山岩源区性质以及造成源区不均一性的可能原因.这些火山岩均来自富集型地幔且受地壳组分的混染影响较小,并主要经历了单斜辉石、磷灰石和Ti-Fe氧化物的分离结晶,但相较于郯庐断裂带和胶东半岛而言,鲁西火山岩的演化程度更低.不同地区火山岩均具有岛弧型微量元素和富集的Sr-Nd同位素组成,其中,鲁西北部火山岩表现为(^(87)Sr/^(86)Sr)i0.706的Ⅱ型富集地幔特征,这暗示上述火山岩可能均来自被再循环地壳物质改造的富集地幔源区,且其源区富集程度具有从西北到东南逐渐增强的趋势.Sr-Nd同位素两端元混合模拟显示,鲁西北部火山岩EMⅠ型同位素特征可能与其地幔源区受华北下地壳物质的交代有关,而鲁西中-南部、郯庐断裂带和胶东地区火山岩EMⅡ型同位素特点则更可能是源区受三叠纪俯冲扬子陆壳组分改造的结果.古太平洋板块来源的俯冲流体交代和水化也对这些地区的富集岩石圈地幔有不同程度改造.因此,山东半岛不同地区早白垩世火山岩记录了不同性质壳源组分对华北克拉通东部岩石圈地幔的影响,这一差异性改造对华北东部岩石圈地幔的破坏和减薄有重要制约作用.

关键词：早白垩世中基性火山岩富集岩石圈地幔地幔交代华北克拉通地球化学

蛇床子香豆素类组分对穿梭电刺激大鼠松果体AGEs-RAGE、Relaxin通路的影响

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蛇床子香豆素类组分对穿梭电刺激大鼠松果体AGEs-RAGE、Relaxin通...

作者：赵华杰山西省中医药研究院

学位级别：硕士

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光伏组件用EVA胶膜改性研究进展

现代塑料加工应用 2024年第3期36卷 56-59页

作者：林华杰中石化宁波新材料研究院有限公司浙江宁波315200

介绍了光伏组件用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜在化学稳定性能、抗电势诱导衰减性能、太阳能利用率、黏接性能等方面改性的研究进展,为其高性能化改性方向和路径提供参考。

关键词：光伏电池乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜抗电势诱导衰减

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维生素D在川崎病中的保护作用及机制研究

维生素D在川崎病中的保护作用及机制研究

作者：陈华杰湖北医药学院

学位级别：硕士

背景:川崎病（Kawasaki disease,KD）是一种自身免疫性血管炎,可导致冠状动脉扩张甚至冠状动脉瘤而受到广泛关注。维生素D（Vitamin D,VitD）被认为是一种调节先天性及获得性免疫功能的有效调节剂,在心血管系统及免疫系统等疾病的发生... 详细信息

背景:川崎病（Kawasaki disease,KD）是一种自身免疫性血管炎,可导致冠状动脉扩张甚至冠状动脉瘤而受到广泛关注。维生素D（Vitamin D,VitD）被认为是一种调节先天性及获得性免疫功能的有效调节剂,在心血管系统及免疫系统等疾病的发生发展中起到重要作用。第一部分维生素D水平在川崎病急性期的临床意义目的:探讨血清VitD水平在KD急性期的临床意义。方法:收集KD组及Con组相关临床及实验室指标,另外根据VitD水平将KD组分为VitD正常组、VitD减少组。通过IBM SPSS 25.0统计软件分析各组间临床表现及实验室指标等的统计学差异以及进行相关性分析、回归分析、ROC曲线分析等,探讨血清VitD水平在KD急性期的变化,与KD急性期的临床表现及实验室指标间的相关性以及与CAL及IVIG抵抗的关系。结果:***组急性期VitD水平低于Con组,并且在KD合并CAL及IVIG抵抗时减低更加显著。***合并VitD减少的患儿,其发热时间及住院时间均延长,入住PICU率更高,更易合并有呼吸道及消化道症状。***与血小板计数、Ca2+正相关,与中性粒细胞-淋巴细胞比值、白介素-6、丙氨酸氨基转移酶、血肌酐、血尿素氮负相关,相关系数分别为0.269、0.302、-0.354、-0.375、-0.202、-0.288、-0.195。***水平降低是KD合并CAL及IVIG抵抗的危险因素。***可作为KD合并CAL及IVIG抵抗的预测指标。结论:***水平与KD的发热时间、住院时间、炎症水平、肝肾功能损害等相关,可作为KD有效的生物标志物。***患儿急性期VitD水平降低是KD合并CAL及IVIG抵抗的危险因素,可作为KD合并CAL及IVIG抵抗的预测因子。3.补充VitD治疗可能是减轻KD临床症状的有效方法。第二部分维生素D在人冠状动脉内皮细胞损伤中的作用目的:探究VitD对KD血清诱导的人冠状动脉内皮细胞（Human Coronary Artery Endothelial Cell,HCAEC）损伤的保护作用及其机制。方法:通过使用15%KD血清诱导HCAEC构建KD冠脉损害细胞模型。将细胞分为Con组（15%正常体检儿童血清培养）、KD组（15%KD血清培养）及VD组(提前加入1,25-（OH）2D3预保护30 min后应用15%KD血清培养),通过Wesrtn Blot、RT-q PCR、免疫荧光以及特定试剂盒等方法测定炎症因子、活性氧、总抗氧化能力以及IL-35及其受体等的水平,探究VitD对HCAEC的抗炎、抗氧化的作用及可能机制。结果:***患儿急性期血清可促进HCAEC炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表达,1,25-（OH）2D3预保护可抑制这些炎症因子的表达。***患儿急性期血清可促进HCAEC活性氧的表达,降低总抗氧化能力,1,25-（OH）2D3预保护可抑制活性氧的生成,逆转总抗氧化能力水平。3.1,25-（OH）2D3可在RNA及蛋白水平上调抗炎细胞因子IL-35及其受体的表达。结论:1.1,25-（OH）2D3部分通过上调抗炎细胞因子IL-35表达,减轻KD血清诱导的HCAEC炎症及氧化应激损伤,改善内皮细胞功能障碍,发挥冠脉保护作用。***可能是预防及减轻KD冠脉损害的潜在治疗药物。

关键词：川崎病维生素D 冠状动脉病变白介素-35